阿白沖水庫(kù)輸水隧洞進(jìn)水口邊坡治理方案探析

(云南省紅河州水利水電勘察設(shè)計(jì)研究院，云南 蒙自 661100)

1 工程概況

阿白沖水庫(kù)地處石屏縣新城鄉(xiāng)紅河二級(jí)支流阿白沖河中下游河段，是以農(nóng)業(yè)灌溉為主的中型水利樞紐，水庫(kù)總庫(kù)容1538.0萬(wàn)m3，灌溉面積2.91萬(wàn)畝，年供水總量1718.8萬(wàn)m3。輸水隧洞是水庫(kù)唯一的輸水設(shè)施，其進(jìn)水口的邊坡安全關(guān)系到工程安全和水庫(kù)灌溉供水效益的發(fā)揮。

2 輸水隧洞進(jìn)水口邊坡地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

進(jìn)水口邊坡屬構(gòu)造侵蝕高中山地貌，岸坡坡度一般35°～50°，局部地段達(dá)60°，邊坡高度達(dá)18～50m，坡面多呈直線和折線型坡，兩側(cè)為寬緩的季節(jié)性沖溝，植被較發(fā)育，進(jìn)水口高程以下為自然邊坡，至河底高差約20m。

2.2 地層巖性

邊坡所處區(qū)域主要為下元古界美黨組(Pt1m)板巖，巖體風(fēng)化破碎，完整性較差，地層走向與斜坡坡向以大角度相交的斜向坡為主，邊坡自上至下由人工填土(渣料)及殘坡積角礫組成。第四系(Q)人工填土(Q4ml)為含碎石粉質(zhì)黏土—碎石土，碎石含量40%～60%，直徑0.2～15cm，以強(qiáng)風(fēng)化板巖角礫及碎塊為主，厚0.5～2.5m；殘坡積層(Q4el+dl)以碎石、角礫為主，含量35～60%，直徑0.2～8cm，為強(qiáng)風(fēng)化板巖，厚0.4～3.5m；崩積層(Q4col)以碎石、角礫及塊石為主，礫石含量大于50%，直徑0.2～20cm，為強(qiáng)風(fēng)化板巖，厚3.0m；強(qiáng)風(fēng)化板巖(Pt1m)呈堅(jiān)硬狀黏土—角礫，巖石極破碎，呈薄—中厚層狀，節(jié)理裂隙極發(fā)育，易開裂崩解，厚0.5～5.5；中風(fēng)化板巖：巖石較破碎，呈薄—中厚層狀，節(jié)理裂隙較發(fā)育，多呈閉合狀，易沿層理及裂隙面開裂，頂板埋深0～8.30m。

2.3 水文地質(zhì)條件

邊坡上部第四系殘坡積層一般不含水，雨季以上層滯水為主。板巖(Pt1m)在強(qiáng)、弱風(fēng)化巖體中含裂隙型潛水，主要為大氣降水補(bǔ)給。松散堆積層孔隙水主要受大氣降水補(bǔ)給，富水及透水性較弱，一般就地補(bǔ)給就近排泄；基巖裂隙水含水層為板巖(Pt1m)，主要靠大氣降水和松散孔隙水垂向補(bǔ)給，儲(chǔ)運(yùn)通道主要為節(jié)理裂隙，巖層透水大，降水排出迅速，一般就近補(bǔ)給庫(kù)區(qū)。

2.4 地震

邊坡位于云南山字形構(gòu)造石屏弧與通?；≈g，區(qū)間北東及北西向斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，地塊完整性較差，工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.30g，地震動(dòng)反應(yīng)特征周期0.45s，地震基本烈度及抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度。

3 進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性分析

輸水隧洞進(jìn)水口邊坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，各結(jié)構(gòu)面切割強(qiáng)烈，裂隙面較平直且多有薄層泥質(zhì)充填；邊坡天然狀態(tài)下基本穩(wěn)定，但因地勢(shì)陡峻，地層孔隙較大、基巖破碎，飽水后臨空面易失穩(wěn)破壞，尤其在庫(kù)水消落時(shí)的動(dòng)水壓力作用下，易引發(fā)邊坡失穩(wěn)，邊坡治理范圍平、剖面如下圖所示。

輸水隧洞進(jìn)水口邊坡防治處理剖面

3.1 計(jì)算參數(shù)

進(jìn)水口邊坡計(jì)算參數(shù)以試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)并結(jié)合工程實(shí)際綜合確定，如表1所列。

表1 進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)取值

3.2 計(jì)算結(jié)果

選取最具代表性的5—5′，剖面進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，穩(wěn)定計(jì)算公式參照邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)公式進(jìn)行，結(jié)果如表2所列：

表2 進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果

注( )內(nèi)數(shù)值為飽和狀態(tài)取值；上部滑面為土巖界面，下部滑面為強(qiáng)、中風(fēng)化層交界面。

計(jì)算成果表明：正常運(yùn)用條件下，進(jìn)水口南側(cè)、西側(cè)邊坡均穩(wěn)定；非常運(yùn)用條件Ⅰ下，南側(cè)及西側(cè)邊坡下段坡體穩(wěn)定，而西側(cè)邊坡上段坡體不穩(wěn)定，易沿土巖界面滑動(dòng)；非常運(yùn)用條件Ⅱ下，南側(cè)邊坡下段坡體穩(wěn)定，而上段坡體不穩(wěn)定，易沿土巖界面滑動(dòng)。而西側(cè)邊坡上、下段均不穩(wěn)定，易沿土巖界面或強(qiáng)、中風(fēng)化層交界面滑動(dòng)。

4 邊坡治理方案

4.1 治理方案比較

根據(jù)進(jìn)水口邊坡的地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、變形破壞特征和場(chǎng)地條件，結(jié)合治理方案的可行性與經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)行三種方案的比較，具體如下：

4.1.1 方案一：錨索框格梁+整坡+錨噴工程

a.錨索框格梁。在進(jìn)水口西側(cè)邊坡上部設(shè)置5排錨索，長(zhǎng)度自下至上分別為15m、16m、18m、18m、18m，其中錨固段長(zhǎng)8.5m，置于弱風(fēng)化板巖中，自由段長(zhǎng)5～8m，入射角25°，錨索間距4m×4m，采用高強(qiáng)度、低松弛、公稱抗拉強(qiáng)度1860MPa的鋼絞線(1×7)，每孔設(shè)5φ15.24鋼絞線，設(shè)計(jì)錨固力640kN，張拉鎖定荷載值750kN。框格梁為C25混凝土，嵌入坡體40cm，框格間距4m×4m。

b.整坡。對(duì)上部三排錨索框格梁間的坡面進(jìn)行整平，對(duì)進(jìn)水口南側(cè)邊坡削坡至1∶1。

c.錨噴工程。對(duì)南側(cè)邊坡進(jìn)行錨噴支護(hù)，間距2m×2m，錨桿長(zhǎng)6～8m，采用1φ25鋼筋，錨孔為φ42鉆孔，灌入水灰比1∶0.45的M30砂漿，坡面掛φ6.5鋼筋網(wǎng)片，φ16鋼筋壓網(wǎng)，噴射8～12cm厚的C20混凝土支護(hù)。

d.錨固計(jì)算。進(jìn)水口邊坡為臨水邊坡，邊坡最大高度18m，級(jí)別為3級(jí)，邊坡錨固計(jì)算參數(shù)如表3所列，進(jìn)水口邊坡巖土體物理力學(xué)指標(biāo)如表4所列，錨固計(jì)算結(jié)果如表5所列。

表3進(jìn)水口邊坡錨固計(jì)算參數(shù)

項(xiàng)目抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)錨固體與巖體黏結(jié)強(qiáng)度/MPa鋼筋與注漿材料摩擦系數(shù)擋土墻基底摩擦系數(shù)f墻 后 填 土密度/(kN/m3)內(nèi)摩擦角/(°)數(shù)值 正常運(yùn)用條件1.15-1.20500(中風(fēng)化板巖)0.500.6 21.635非常運(yùn)用條件Ⅰ1.10-1.15260(強(qiáng)風(fēng)化板巖)0.5非常運(yùn)用條件Ⅱ1.05-1.10

表4 進(jìn)水口邊坡巖土體物理力學(xué)指標(biāo)

表5 錨固計(jì)算結(jié)果

4.1.2 方案二：抗滑樁+整坡+錨噴

a.抗滑樁。在進(jìn)水口邊坡西側(cè)頂端設(shè)置1排抗滑樁共12根，樁身間距5m、樁長(zhǎng)22m、樁徑1.5m×2m，樁體采用C30混凝土。

b.整坡。與方案一相同。

c.錨噴。與方案一相同。

d.抗滑樁計(jì)算結(jié)果。經(jīng)計(jì)算，抗滑樁最大彎矩為20523.959kN/m，最大彎矩位置為背側(cè)距離樁頂12.62m。

最大剪力為3060.00kN，最大剪力位置為距離樁頂8.6m，最大樁頂位移為88mm。

4.1.3 方案三：削坡+錨噴

a.削坡。對(duì)進(jìn)水口西側(cè)邊坡按分級(jí)高度10m、坡比1∶0.75進(jìn)行削坡，設(shè)置寬2m的馬道；對(duì)進(jìn)水口南側(cè)邊坡按坡比1∶1.25進(jìn)行削坡，設(shè)置寬2m的馬道。

b.錨噴。削坡后進(jìn)行錨噴護(hù)坡，進(jìn)水口西側(cè)邊坡錨桿間距2m×2m，南側(cè)邊坡錨桿間距3m×3m；錨桿采用φ25鋼筋，長(zhǎng)5～8m，錨孔為φ42鉆孔，灌注水灰比1∶0.45的M30砂漿，坡面掛φ6.5鋼筋網(wǎng)片，φ16鋼筋壓網(wǎng)，噴射8～12cm厚的C20混凝土支護(hù)。

各方案工程量對(duì)比如表6所列：

4.2 治理方案選擇

輸水隧洞進(jìn)水口邊坡治理方案，從以下三方面進(jìn)行選擇：

a.從技術(shù)角度考慮：方案一充分利用邊坡自身巖土體強(qiáng)度，對(duì)邊坡擾動(dòng)更小，治理后風(fēng)險(xiǎn)較??；方案二采用堅(jiān)固的抗滑樁支擋，安全性高；方案三須削坡，但因地形條件限制，不能削至允許坡率而需支護(hù)。

b.從施工條件考慮：方案一鋼筋制作工藝少，對(duì)場(chǎng)地要求低，僅須搭設(shè)腳手架即可施工；方案二須就近開挖一定面積的鋼筋制作場(chǎng)地，要求較高；方案三削坡時(shí)須對(duì)邊坡中部的施工便道進(jìn)行開挖，施工便道切斷后削坡渣料難于運(yùn)出，且開挖過(guò)程中須對(duì)進(jìn)水口加以保護(hù)，措施費(fèi)用較高，故方案一、二明顯優(yōu)于方案三。

c.從工程估算總投資考慮：方案一總投資79.15萬(wàn)元；方案二總投資149.71萬(wàn)元，方案三總投資167.55萬(wàn)元，以方案一最經(jīng)濟(jì)。

經(jīng)綜合比較，選擇方案一(錨索框格梁+整坡+錨噴工程)作為進(jìn)水口邊坡治理方案。

表6 各方案工程量對(duì)比

4.3 治理后邊坡安全性評(píng)價(jià)

輸水隧洞進(jìn)水口邊坡按方案一(錨索框格梁+整坡+錨噴工程)進(jìn)行治理后，邊坡穩(wěn)定，其安全性評(píng)價(jià)如表7所列。

表7 輸水隧洞進(jìn)水口邊坡治理安全性評(píng)價(jià)

5 結(jié) 語(yǔ)

阿白沖水庫(kù)輸水隧洞是水庫(kù)唯一的輸水設(shè)施，隧洞進(jìn)水口邊坡的安全關(guān)系到工程安全和水庫(kù)灌溉及供水效益的充分發(fā)揮，經(jīng)方案比較，選擇錨索框格梁結(jié)合整坡錨噴的綜合治理方案，邊坡治理工程于2014年3月實(shí)施完成，至今已安全運(yùn)行3年多時(shí)間，治理后邊坡穩(wěn)定。

[1] 石屏縣阿白沖水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].2011.

[2] 阿白沖水庫(kù)工程輸水隧洞進(jìn)口邊坡勘察報(bào)告[R].2011.